一種熱管熱泵複合系統的製作方法

2023-08-02 20:33:21

專利名稱：一種熱管熱泵複合系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於冷熱能量輸運技術領域，涉及一種將熱管系統和熱泵系統系統相複合形成的進行冷熱能量輸運的熱管熱泵複合系統。
背景技術：
目前用於調控環境溫度的空調系統主要組成為室內熱交換機和室外熱交換機，這種空調系統可以通過室內熱交換機中壓縮機的高耗能來實現對冷凝劑的溫度調控，從而間接的改變室內環境溫度，這種空調系統並沒有做到很好的節約能源，當室外溫度低於室內溫度時，因為某種原因(外界灰塵濃度大、空氣汙染等)不能開啟窗戶進行直接空氣對流降溫，這時還不得不開啟高耗能的壓縮機進行溫度調節，這種現象在高溫防塵環境(機房、電室等特殊高溫場合)表現的特別明顯，由於使用場合散熱設備集中、散熱量大、空間溫度高、升溫快、防塵要求高等特性，使得在這裡使用傳統空調很難節約能量，即使室外溫度比室內溫度低很多時還不得不啟動熱泵系統降溫，而且現在比較節能的一種引入全新·風進行降溫的方式在國內很多地區不適用，會將大量的室外粉塵和溼空氣帶入室內，影響室內設備的安全正常運行。另一種採用風一風換熱器的形式可以避免將室外粉塵和溼空氣引入室內，但需要在設備間、機房圍牆等防護結構上開設較大的通風孔洞，不僅破壞牆體的穩定性，還有被盜的安全隱患。一年四季中的某些季節，如冬季和春秋兩季，在室外溫度比室內放熱區域的設定溫度低且不能進行室內外空氣對流的情況下，還沒有一種系統可以在這種情況下不用開啟高耗能的壓縮機就可以進行室內控溫的，即使在這種情況下，現有的空調系統還得啟動高耗能的壓縮機特別是那些發熱量集中對清潔度要求高的的工作場合對環境來控制溫度，這種仍舊採用熱泵系統進行降溫來冷卻的方案是不節能的，從而導致電能的無謂浪費，營運成本居高不下。
發明內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的缺點，為解決熱泵系統中存在的能耗大問題，而提供一種結構簡單、實施容易、節能減排的熱管熱泵複合系統，能在室外溫度合適的條件下進行自動啟用節能模式來調節室內溫度，能夠安全、可靠、穩定、節能的自動運行製冷循環系統。本實用新型解決技術問題採用如下技術方案—種熱管熱泵複合系統，主要由冷凝器、儲液分流裝置、單向閥、節流閥、循環泵、電磁閥、蒸發器、壓縮機和電路控制元件構成；所述冷凝器和蒸發器這兩個主要是實現能量輸運的裝置；所述冷凝器輸出端位於儲液罐內液態製冷劑液面的上部，節流閥進液端位於儲液罐內液態製冷劑液面的下部；所述壓縮機、冷凝器、儲液罐、單向閥一、節流閥、蒸發器通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵循環迴路；所述單向閥二並聯在壓縮機上；所述循環泵、電磁閥和二相分流器串聯的支路的輸出端與單向閥一和節流閥串聯支路的輸出端通過三通管一連接於蒸發器導液管，它們的輸入端連接於儲液灌；則循環泵、電磁閥、蒸發器、單向閥二、冷凝器以及儲液灌通過連接管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱管循環系統；當系統以熱泵循環工作時，壓縮機開啟，單向閥一處於導通狀態，同時循環泵關閉，電磁閥和單向閥二處於關閉狀態，當系統以熱泵循環工作時，循環泵開啟，電磁閥和單向閥二處於導通狀態，壓縮機關閉，單向閥一也處於截止狀態，。所述電路控制元件控制著系統的運行狀態；這樣這兩個循環根據環境和需求進行交換工作就組成了一種熱管熱泵複合系統，其不僅使熱泵熱管制冷裝置進行了融合，還解決了現有熱泵製冷裝置製冷時氣液分離和循環不穩定上的一些弊端，提高了製冷效率。以上所述儲液灌連接於冷凝器導液管輸出端與循環泵和電磁閥串聯支路或單向閥一和節流閥串聯支路的輸入端之間，為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，儲液罐的功能是實現循環工作介質的氣液分離與儲存；儲液罐容積大小應與蒸發器和冷凝器的容積相匹配；儲液罐實現氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液罐的製冷工質輸入端設置濾網或擋板，以實現絲網分離或折流分離。以上所述二相分流器的功能是按合適比例分配流入循環泵的氣體流量和液體流量，從而形成穩定氣液二相流；所述二相分流器的結構為一處於儲液罐內的豎直管道，在管壁縱向方向上設有回流孔，此管道的主回液口在儲液罐下部，通常在工作介質液面之下，其出液口經過儲液罐連接於循環泵輸入管，回流孔中孔的數量可以是一個或多個組成，其有回液孔和回氣孔兩種形式，回氣孔位置處於儲液罐內液面之上，回液孔位置處於儲液罐內液面之下，其也可以是一條沿縱向分布的回流縫，其可以代替多個縱向分布回流孔的作用，回流孔或者回流縫中流入的少量氣態或者液態製冷劑的流量有其孔徑大小和個數或者縫隙寬度和長度來控制，也就是經儲液分流裝置內液態工質液面高低來控制回流孔中的孔的個數或者回流縫的長度，使其流入的氣態製冷工質的補充量適宜，來滿足整個循環系統的二相流循環的需求。以上所述節流閥可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥；所述電磁閥主要是在壓縮機工作的時候處於關閉狀態，阻止儲液罐內液體直接通過循環泵所在支路進入蒸發器；所述循環泵應選用能夠同時輸送氣體和液體的容積式氣液二相流循環泵，可選擇齒輪泵、羅茨泵、螺杆泵、轉子活塞泵、往復式活塞泵，使氣態製冷劑和液態製冷劑可以同時通過，並可通過調節循環泵流量來實現調節系統傳熱量。以上所述電路控制部分控制著整個裝置的電路邏輯運算和設備運行開關，根據需要可以實現自動化啟停。本實用新型與現有技術相比，將分離式熱管技術和蒸汽壓縮式製冷技術相互融合、優勢互補、充分利用自然冷源的節能技術，當室內所需設定溫度比室外溫度低時通過熱泵循環進行散熱降溫，當室內所需設定溫度比室外溫度高時通過熱管循環進行散熱降溫，對於一年四季，有超出三分之二的時間是室外溫度比室內所需設定溫度低，這樣在熱管節能模式下，高耗能壓縮機無需啟動，只用啟動低耗能的熱管節能模塊和風機，能耗極低；在製冷模式下，由於兩種製冷技術複合性設計的優勢，使得製冷能效比優於一般的空調，節能效果顯著，這種熱管熱泵複合系統可以應用於基站、機房以及大型電器設備等領域的散熱控溫。
圖I為熱管熱泵複合系統的實施方式結構示意圖。圖2為回流孔和回流縫的平面結構示意圖。圖中(1)冷凝器；(2)蒸發器；(3)儲液罐；(4)節流閥；(5)壓縮機；(6)循環泵；
(7)電磁閥；(8)單向閥一；(9)單向閥二；(10)三通管一 ；(11)三通管二 ；(12)三通管三；
(13)節流閥輸液管；(14)冷凝器導液管；(15)循環泵輸入管；(16)蒸發器導液管；(17)蒸發器導氣管；(18)冷凝器導氣管；(19)冷凝器輸出端；(20)回液口 ；(21)節流閥輸入端；
(22)回流孔;(23) 二相分流器;(24)回流縫。
具體實施方式
·[0017]圖I所示一種熱管熱泵複合系統，包括冷凝器(I)、蒸發器(2)、儲液罐(3)、節流閥(4)、壓縮機(5)、循環泵(6)、電磁閥(7)、單向閥一(8)、單向閥二(9)、三通管一(10)、三通管二(11)、三通管三(12)、節流閥輸液管(13)、冷凝器導液管(14)、循環泵輸入管(15)、蒸發器導液管(16)、蒸發器導氣管(17)、冷凝器導氣管(18)、冷凝器輸出端(19)、回液口
(20)、節流閥輸入端(21)、回流孔(22)、二相分流器(23)、回流縫(24)以及電路控制元件；所述壓縮機(5)、三通管三(12)、冷凝器(I)、儲液罐(3)、單向閥一(8)、節流閥(4)、三通管一(10)、蒸發器(2)以及三通管二(11)通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵循環迴路；所述單向閥二(9)並聯在壓縮機(5)上，循環泵(6)和電磁閥(7)串聯支路的輸出端與單向閥一(8 )和節流閥(4 )串聯支路的輸出端通過三通管一(IO )連接於蒸發器導液管(16)，它們的輸入端連接於儲液館(3)，使壓縮機(5)停止運行，電磁閥(7)和循環泵(6)同時開始運行，製冷工質由於循環泵(6)的抽力作用走循環泵(6)和電磁閥(7)串聯的支路，單向閥一(8)由於接入節流閥(4)的一端壓力大處於斷開狀態，單向閥二(9)導通蒸發器(2)輸出端和冷凝器(I)輸入端，則循環泵(6)、電磁閥(7)、三通管一(10)、蒸發器(2)、三通管二(11)、單向閥二(9)、三通管三(12)、冷凝器(I)、儲液館(3)以及二相分流器(23)通過相關管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱管循環迴路，這樣這兩個循環根據環境和需求進行交換工作就組成了一種熱管熱泵複合系統。當使用熱泵製冷工作模式時，壓縮機(5)開啟，單向閥一(8)處於導通狀態，同時循環泵(6)關閉，電磁閥(7)和單向閥二(9)處於關閉狀態，由於壓縮機(5)的抽壓力，單向閥二(9)所在支路幾乎沒有製冷工質的通過，這樣液態冷凝劑在蒸發器(2)中吸熱降低室內溫度，吸熱後的液態冷凝劑變成氣態，通過壓縮機(5 )氣態製冷劑變成高溫高壓狀態並向冷凝器(I)輸送，高溫高壓氣態製冷劑通過三通管三(12 )和冷凝器導氣管(18 )進入冷凝器
(I)中，然後高溫高壓氣態製冷劑在冷凝器(I)中散熱變成液態製冷劑，液態製冷劑在高壓氣態製冷劑的推動下經冷凝器導液管(14)進入儲液灌(3)，氣液製冷中間介質根據各自物理性質在儲液罐內分離，高壓液態中間介質通過節流閥輸入端(21)依次經單向閥一(8)、節流閥(4)、三通管一(10)以及蒸發器導液管(16)進入到蒸發器(2)中進行下一次循環。使用熱管制冷工作模式時，壓縮機(5)關閉，單向閥一(8)也處於截止狀態，循環泵(6 )開啟，電磁閥(7 )和單向閥二( 9 )處於導通狀態，循環泵(6 )從儲液灌(3 )內抽取大量液態製冷工質和通過回流孔(22)的部分補充整個循環穩定的少量氣態製冷工質，依次經電磁閥(7)、三通管一(10)和蒸發器導液管(16)進入蒸發器(2)，蒸發器(2)與高溫熱源接觸，液態工作介質在蒸發器(2)內受高溫熱源的加熱而蒸發為氣體，並吸收熱量，蒸發形成的氣體和部分沒有蒸發的液體中間介質在高速流動中相互混合形成氣液二相流體，它們依次經蒸發器導氣管(17)、三通管二(11)、單向閥二(9)、三通管三(12)以及冷凝器導氣管(18)進入冷凝器(1)，冷凝器(I)與低溫熱源接觸，氣態工作介質在冷凝器(I)內受低溫熱源的冷卻而冷凝為液體，並放出熱量，冷凝形成的液體工作介質在循環泵(6)的抽壓力作用下，經冷凝器導液管(14)進入儲液灌(3)中，其進行氣液分離、儲存與分流，進行下一次循環。這樣這種熱管熱泵複合系統可以根據室內所需設定溫度和室外溫度的差異，選擇性地(其可以完全自動控制，也可以通過人工手動控制調節工作狀態)運行於熱泵製冷工作模式或熱管制冷工作模式，在保證室內降溫要求的前提下達到節能運行；當室外溫度較高或者室內負荷過大時，熱管熱泵複合系統運行熱泵製冷工作模式，工作原理與一般變頻或者非變頻空調相同，室內的熱量通過蒸汽壓縮製冷循環散至室外空間，達到室內空間的降溫冷卻效果；當室外溫度低於室內溫度一定值時，壓縮機關閉，機組自動進入熱管制冷工作模式，通過熱管節能模塊把氣態製冷劑帶至冷凝器中冷凝放熱，最後成為冷凝液，冷凝液又 在熱管節能模塊作用下流至蒸發器吸收熱量，整個系統通過熱管節能模塊將室內熱量向室外傳遞。
權利要求1.一種熱管熱泵複合系統，包括冷凝器(I)、蒸發器(2)、壓縮機(5)、節流閥(4)、儲液罐(3)、導氣管、導液管和電路控制元件，其特徵在於，還包括循環泵(6)、二相分流器(23)、電磁閥(7)、單向閥一(8)以及單向閥二(9);所述冷凝器(I)和蒸發器(2)這兩個主要是實現能量輸運的裝置；所述冷凝器輸出端(19)位於儲液罐(3)內液態製冷劑液面的上部，節流閥進液端(21)位於儲液罐(3)內液態製冷劑液面的下部；這樣壓縮機(5)、冷凝器(I)、儲液罐(3)、單向閥一(8)、節流閥(4)、蒸發器(2)通過相互之間的管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱泵循環迴路；所述單向閥二(9)並聯在壓縮機(5)上；循環泵(6)、電磁閥(7)和二相分流器(23)串聯的支路的輸出端與單向閥一(8)和節流閥(4)串聯支路的輸出端通過三通管一(10)連接於蒸發器導液管(16)，它們的輸入端連接於儲液灌(3);這樣循環泵(6)、電磁閥(7)、蒸發器(2)、單向閥二(9)、冷凝器(I)以及儲液灌(3)通過連接管道按照上列順序連接起來，組成了一個熱管循環系統；當所述熱管熱泵複合系統以熱泵循環方式工作時，壓縮機(5)開啟，單向閥一(8)處於導通狀態，同時循環泵(6)關閉，電磁閥(7)和單向閥二(9)處於關閉狀態；當所述熱管熱泵複合系統以熱泵循環方式工作時，循環泵(6)開啟，電磁閥(7)和單向閥二(9)處於導通狀態，壓縮機(5)關閉，單向閥一(8)處於截止狀態，上述兩種循環可以根據環境和需求進行切換工作。
2.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述儲液灌(3)連接於冷凝器導液管(14)輸出端與循環泵(6)和電磁閥(7)串聯支路或單向閥一(8)和節流閥(4)串聯支路的輸入端之間，為一外表面設有隔熱層的耐高壓密封容器，儲液罐(3)的功能是實現循環工作介質的氣液分離與儲存；儲液罐(3)容積大小應與蒸發器(2)和冷凝器(I)的容積相匹配；儲液罐(3)實現氣液分離的方式可以選擇簡單的重力沉降分離，也可以在儲液罐(3)的製冷工質輸入端設置濾網或擋板，以實現絲網分離或折流分離。
3.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述二相分流器(23)的功能是按合適比例分配流入循環泵(6)的氣體流量和液體流量，從而形成穩定氣液二相流；所述二相分流器(23)的結構為一處於儲液罐(3)內的豎直管道，在管壁縱向方向上設有回流孔(22)，此管道的主回液口(20)在儲液罐下部，通常在工作介質液面之下，其出液口經過儲液罐(3 )連接於循環泵輸入管(15)。
4.根據權利要求3所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述回流孔(22)可以是一個孔，也可以是高度不同的多個孔；其有回液孔和回氣孔兩種形式，回氣孔位置處於儲液罐(3)內液面之上，回液孔位置處於儲液罐(3)內液面之下。
5.根據權利要求3所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述回流孔(22)可以是至少一條沿管道方向的回流縫(24)，其可以代替多個沿管道輸送方向分布的回流孔的作用。
6.根據權利要求5所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述回流孔(22)或者回流縫(24)中流入的少量氣態或者液態製冷劑的流量有其孔徑大小和個數或者縫隙寬度和長度來控制，也就是經儲液分流裝置(3)內液態工質液面高低來控制回流孔(22)中的孔的個數或者回流縫(24)的長度，使其流入的氣態的補充量適宜，來滿足所述熱管熱泵複合系統以熱管循環方式工作時的二相流循環的需求。
7.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述循環泵(6)應選用能夠同時輸送氣體和液體的容積式氣液二相流循環泵，可選擇齒輪泵、羅茨泵、螺杆泵、轉子活塞泵、往復式活塞泵，使氣態製冷劑和液態製冷劑可以同時通過，並可通過調節循環泵流量來實現調節所述熱管熱泵複合系統以熱管循環方式工作時的傳熱量。
8.根據權利要求I所述的一種熱管熱泵複合系統，其特徵在於，所述電磁閥(7)主要是在壓縮機(5 )工作的時候處於關閉狀態，阻止儲液罐(3 )內液體直接通過循環泵(6 )所在支路進入蒸發器(2 );所述節流閥(4 )可以是熱膨脹閥或電子膨脹閥。
專利摘要本實用新型公開了一種熱管熱泵複合系統，主要由冷凝器、儲液罐、節流閥、壓縮機、蒸發器、單向閥、循環泵、二相分流器、電磁閥和電路控制元件構成；所述冷凝器和蒸發器這兩個主要是實現能量輸運的裝置；所述儲液罐主要是以實現氣液二相流的收集與徹底分離；所述二相分流器的功能是按合適比例分配流入循環泵的氣體流量和液體流量，從而形成穩定氣液二相流，使整個系統有一個穩定的循環；所述單向閥二並聯在壓縮機上，循環泵、電磁閥和二相分流器串聯的支路的輸出端與單向閥一和節流閥串聯支路的輸出端通過三通管一連接於蒸發器導液管，它們的輸入端連接於儲液灌；所述單向閥二與壓縮機並聯；所述電路控制元件控制著系統的運行狀態；這種熱管熱泵複合系統不僅使熱泵熱管制冷裝置進行了融合，還解決了現有熱泵製冷裝置製冷時氣液分離和循環不穩定上的一些弊端，提高了製冷效率。
文檔編號F24F11/02GK202709360SQ20122037092
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者祝長宇, 丁式平 申請人:北京德能恆信科技有限公司